1、概 述,第 8 章 数模和模数转换器,本章小结,A/D 转换器,D/A 转换器,8.1 概 述,主要要求：,理解数模和模数转换器的概念和作用。,一、数模和模数转换的概念和作用,数模转换即将数字量转换为模拟电量(电压或电流)，使输出的模拟电量与输入的数字量成正比。,实现数模转换的电路称数模转换器,Digital - Analog Converter，简称 D/A 转换器或 DAC。,模数转换即将模拟电量转换为数字量，使输出的数字量与输入的模拟电量成正比。,实现模数转换的电路称模数转换器,Analog - Digital Converter，简称 A/D 转换器或 ADC。,为何要进行数模和模数转
2、换？,二、数模和模数转换器应用举例,主要要求：,了解数模转换的基本原理。,了解常用 D/A 转换器的类型和主要参数。,了解 R - 2R 倒 T 形电阻网络 D/A 转换器的 电路与工作原理。,8.2 D/A 转换器,一、数模转换的基本原理,输出模拟电压 uO = D = (Dn-1 2n-1 + Dn-2 2n-2 + + D1 21 + D0 20 ),可见，uO D，uO 的大小反映了数字量 D 的大小。,LSB Least Significant Bit,输入数字量 D = (Dn-1 Dn-2 D1 D0 ) 2 = Dn-1 2n-1 + Dn-2 2n-2 + + D1 21 +
3、 D0 20, 是 DAC 能输出的最小电压值，称为 DAC 的单位量化电压，它等于 D 最低位(LSB)为 1、其余各位均为 0 时的模拟输出电压(用 ULSB 表示)。,三、常用 DAC 的类型和主要参数,(一) 常用 DAC 的类型,常用 DAC 主要有权电阻网络 DAC、 R - 2RT 形电阻网络 DAC、R - 2R 倒 T 形电阻网络 DAC 和权电流网络 DAC。其中，后两者转换速度快， 性能好，因而被广泛采用，权电流网络 DAC 转换 精度高，性能最佳。,(二) 主要参数,1. 分辨率,指 D/A 转换器模拟输出所能产生的最小电压变化量与满刻度输出电压之比。,例如，一个 10
4、 位的 DAC，分辨率为 0.000 978。,DAC 的位数越多，分辨率值就越小， 能分辨的最小输出电压值也越小。,3. 转换时间,指 DAC 在输入数字信号开始转换，到输出的模拟信号达到稳定值所需的时间。,转换时间越小，转换速度就越高。,2. 转换精度,指 DAC 实际输出模拟电压与理想输出模拟电压间的最大误差。,它是一个综合指标，不仅与 DAC 中元件参数的精度有关，而且与环境温度、求和运算放大器的温度漂移以及转换器的位数有关。,通常要求 DAC的误差小于 ULSB / 2。,四、集成 DAC应用举例,四、集成 DAC 应用举例,2. 8 位 CMOS 集成 D/A 转换器 CDA752
5、4 简介,基准电压输入端 VREF 可正可负,片选控制端,电源电压范围 + 5 V + 15 V,8 位数据输入端，其电平与 TTL 电平兼容。MSB 表示最高位，LSB 表示最低位。,接地端,内部反馈电阻 RF 的引出端,两个输出端，一般将 OUT2 接地，OUT1 接运放反向端。,写信号控制端,解：,当 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 = 11111111 时，输出为满度值。,uO = - UFSR - 9.961 V。,主要要求：,了解模数转换的基本原理。,了解 A/D 转换器的主要参数。,了解常用 A/D 转换器。,8.3 A/D 转换器,一、A /D 转换的基本原理和
6、一般步骤,“ ”表示取整。,可见，输出数字量 D 正比于输入模拟量 uI 。, 称为 ADC 的单位量化电压或量化单位，它是 ADC 的最小分辨电压。,采样：把时间连续变化的信号变换为时间离散的信号。 保持：保持采样信号，使有充分时间转换为数字信号。 量化：把采样保持电路的输出信号用单位量化电压的 整数倍表示。 编码：把量化的结果用二进制代码表示。,A /D 转换的一般步骤,三、常用 ADC 的类型和主要参数,(一)常用 ADC 的类型,常用 ADC 主要有并联比较型、双积分型和逐次 逼近型。其中，并联比较型 ADC 转换速度最快，但 价格贵；双积分型 ADC 精度高、抗干扰能力强，但 速度慢
7、；逐次逼近型速度较快、精度较高、价格适中， 因而被广泛采用。,指 ADC 实际输出数字量与理想输出数字量之间的最大差值。通常用最低有效位 LSB 的倍数来表示。,(二) 主要参数,2. 相对精度(又称转换误差),指 ADC 输出数字量的最低位变化一个数码时，对应输入模拟量的变化量。,1. 分辨率,例如 最大输出电压为 5V 的 8 位 ADC 的分辨率为： 5V / 28 = 19.6 mA,分辨率也可用 ADC 的位数表示。位数越多，能分辨的最小模拟电压值就越小。,例如 转换误差不大于 1/2 LSB，即说明实际输出数字量与理想输出数字量之间的最大误差不超过 1/2 LSB。,3. 转换时间
8、,指 ADC 完成一次转换所需要的时间，即从转换开始到输出端出现稳定的数字信号所需要的时间。,转换时间越小，转换速度越高。,D/A 转换是将输入的数字量转换为与之成正比 的模拟电量。常用的 DAC 主要有权电阻网络 DAC、R - 2R T 形电阻网络 DAC、R - 2R 倒 T 形电阻网络 DAC 和权电流网络 DAC。其中， 后两者转换速度快，性能好，因而被广泛采用， 权电流网络 DAC 转换精度高，性能最佳。,本 章 小 结,A/D 转换是将输入的模拟电压转换为与之成正比的数字量。常用 ADC 主要有并联比较型、双积分型和逐次逼近型。其中，并联比较型 ADC 属于直接转换型，其转换速度
9、最快，但价格贵；双积分型 ADC 属于间接转换型，其速度慢，但精度高、抗干扰能力强；逐次逼近型也属于直接转换型，其速度较快、精度较高、价格适中，因而被广泛采用。,A/D 转换要经过采样 - 保持和量化与编码两步实现。采样 - 保持电路对输入模拟信号抽取样值，并展宽(保持)；量化是对样值脉冲进行分级，编码是将分级后的信号转换成二进制代码。在对模拟信号采样时，必须满足采样定理：采样脉冲的频率 fS 必须大于输入模拟信号最高频率分量的 2 倍。这样才能不失真地恢复出原模拟信号。,DAC 和 ADC 的分辨率和转换精度都与转换器的位数有关，位数越多，分辨率和精度越高。基准电压 VREF 是重要的应用参数，要理解基准电压的作用，尤其是在 A/D 转换中，它的值对量化误差、分辨率都有影响。一般应按器件手册给出的范围确定VREF 值，并且保证输入的模拟电压最大值不大于 VREF 值。,
